પૉઝિટ્રૉન (positron)

January, 1999

પૉઝિટ્રૉન (positron) : ઇલેક્ટ્રૉનના જેટલું દળ ધરાવતો તથા મૂલ્યમાં તેના ઋણ વિદ્યુતભાર જેટલો પણ ધન વિદ્યુતભાર ધરાવતો મૂળભૂત કણ. આમ પૉઝિટ્રૉન એ ઇલેક્ટ્રૉનનો પ્રતિકણ (antipartical) અથવા વિદ્યુતભાર સંયુગ્મી (charge-conjugate) છે. ભૌતિકશાસ્ત્રી પી. એ. એમ. ડિરાકે તેના સૈદ્ધાંતિક અસ્તિત્વનું સૂચન કર્યું હતું અને ભૌતિકશાસ્ત્રી સી. ડી. ઍન્ડર્સને 1932માં પૉઝિટ્રૉનની પ્રાયોગિક રીતે શોધ કરી હતી. પૉઝિટ્રૉનનું દળ m = 9·109 × 10-31 કિગ્રા., વિદ્યુતભાર e = 1.602192 x 10-19 કુલંબ સ્પિન  અને ફર્મી-ડિરાક સાંખ્યિકી (statistics) ધરાવે છે. યુરેનિયમ જેવાં ભારે તત્ત્વોના ક્ષય દરમિયાન પૉઝિટ્રૉન ઉત્સર્જિત થતો હોય છે. 1.02 MeV કરતાં વધુ ઉચ્ચ ઊર્જા ધરાવતા ફોટૉન દ્રવ્ય સાથે આંતરક્રિયા કરે ત્યારે ઇલેક્ટ્રૉન અને પૉઝિટ્રૉનની જોડ ઉત્પન્ન થતી હોય છે.

પૉઝિટ્રૉન પોતે તો સ્થિર (stable) કણ છે, પણ દ્રવ્યની હાજરીમાં તે ઇલેક્ટ્રૉન સાથે આંતરક્રિયા કરીને ઊર્જામાં વિલોપન (annihilation) પામે છે અને તે રીતે ફોટૉનનું સર્જન થાય છે. કેટલીક વખત ઇલેક્ટ્રૉન સાથે પૉઝિટ્રૉન બદ્ધ થઈને અલ્પજીવી પરમાણુ પૉઝિટ્રૉનિયમ રચે છે.

વિદ્યુત-ચુંબકીય ક્ષેત્ર વડે ઇલેક્ટ્રૉન-પૉઝિટ્રૉન જોડની આભાસી ઉત્પત્તિ શૂન્યાવકાશનું ધ્રુવીકરણ કરે છે. પરિણામે પ્રકાશનું પ્રકાશ વડે પ્રકીર્ણન થાય છે અને ઓછા અંતરે વિદ્યુત-સ્થિત કુલંબ ક્ષેત્રનું રૂપાંતરણ કરે છે.

પ્રબળ સ્થિર વિદ્યુતક્ષેત્રમાં ક્વૉન્ટમ-ક્ષેત્ર સિદ્ધાંત પૉઝિટ્રૉનના સર્જનની પ્રક્રિયાની આગાહી કરે છે. વિદ્યુત-ક્ષેત્રનું ક્રાંતિમૂલ્ય આશરે   થાય ત્યારે ક્વૉન્ટમ વિદ્યુતગતિકી(electrodynamics)નો તટસ્થ શૂન્યાવકાશ, પૉઝિટ્રૉનનું ઉત્સર્જન કરીને ક્ષય પામે છે; પરિણામે નવી ન્યૂનતમ ઊર્જાવાળી વિદ્યુતભારિત સ્થિતિ સર્જાય છે. શૂન્યાવકાશનું અસ્થાયીપણું અને પૉઝિટ્રૉનના ઉત્સર્જનનો ઉદગમ વિદ્યુતક્ષેત્રમાં ZmoC2 કરતાં વધુ બંધનઊર્જાવાળા ઇલેક્ટ્રૉનની વર્તણૂકમાં રહેલ છે. અહીં mo ઇલેક્ટ્રૉનનું સ્થિર દળ (rest mass) અને C પ્રકાશનો વેગ છે. જેનો પરમાણુ-ક્રમાંક Z > 173 હોય તેવા અતિભારે પરમાણુમાં આવું પ્રબળ બંધન શક્ય બને છે. જેનો Z > 173 હોય તેવી ખુલ્લી (bare) ન્યૂક્લિયસ માટે ZmoC2 કરતાં વધુ ઇલેક્ટ્રૉન-બંધન-ઊર્જાનું રૂપાંતરણ સાનુકૂળ છે; સાથે સાથે ન્યૂક્લિયસ સાથે બદ્ધ ઇલેક્ટ્રૉનનું સર્જન થાય છે અને પૉઝિટ્રૉન ન્યૂક્લિયસમાંથી છટકી જાય છે.

પૉઝિટ્રૉનના સ્વયંભૂ ઉત્સર્જનની પ્રક્રિયા એટલા માટે જોવા મળતી નથી કે Z > 173 પરમાણુઓ કુદરતમાં પ્રાપ્ય નથી. ભારે-(ઋણ) આયન પ્રવેગકો(accelerators)ના આગમન પછી યુરેનિયમ જેવા બે ભારે સ્થાયી પરમાણુઓ વચ્ચેની ઉચ્ચ ઊર્જાવાળી અથડામણ દરમિયાન ભારે પરમાણુના જેવું વર્તન (simulate) કરતા કણ અલ્પ-સમય માટે તૈયાર કરવા શક્ય છે. Z = 92 વિદ્યુતભાર ધરાવતી બે વિદ્યુતભારિત ન્યૂક્લિયસ ખૂબ જ નજીક આવે ત્યારે, અથડામણના મોડ (turning point) આગળ, બિલકુલ અંદરની કક્ષાના ઇલેક્ટ્રૉન Z = 184 વિદ્યુતભારવાળા સામાન્ય ઉદગમ પરત્વે એકસાથે વર્તે છે. આ રીતે તે કણનું ક્વૉન્ટીકરણ થાય છે અને આટલા જ પરમાણુ-ક્રમાંકવાળા સામાન્ય પરમાણુના કેટલાક ગુણધર્મો જોવા મળે છે. (જો ન્યૂક્લિયસ રૂથરફર્ડ ગતિપથ ઉપર ગતિ કરતી હોય તો) આવો પરમાણુકલ્પ (quasiatom) અતિઅલ્પ સમય 2 × 10-21 સેકન્ડ માટે અતિક્રાંતિક (supercritical) વિદ્યુતક્ષેત્રની તીવ્રતા ધરાવે છે. પૉઝિટ્રૉનના સ્વયંભૂ ઉત્સર્જન માટે Z = 180થી 188 વચ્ચેની સંઘાત પ્રણાલીઓનો કેટલાક પ્રયોગોમાં ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. આ પ્રયોગો વડે ઇચ્છિત પ્રક્રિયાનાં ખાસ લક્ષણો જોવા મળે છે. તેમ છતાં પ્રાયોગિક રીતે પૉઝિટ્રૉનનું ઉત્સર્જન નક્કી થાય તે પહેલાં સૈદ્ધાંતિક આગાહી પરત્વે સામે આવતી કેટલીક વિસંગતતાઓનો ઉકેલ લાવવો જરૂરી હોય છે.

આશા પ્ર. પટેલ